Расчёт балочной конструкции

[stealth93 3]

В общем просчитывалась следующая задача.
Имеется балка длиной 38 метров массой 73,4 т, переброшенная через пропасть. Поставлена задача по демонтажу балки, в наличии кран грузоподъёмностью 20 тонн. Для демонтажа была придумана следующая конструкция. Через пропасть перекидываются два двутавра, на них поперёк укладываются двутавры меньшего сечения, к ним подвешивается балка. Затем балка распиливается на 4 части и по частям демонтируется. Требуется определиться с параметрами двутавров.
Как это решалось в Solid’e. Построена модель, общий вид на картинке ниже.

Сначала в статике хотел просто нагрузить двутавры силой 73,4 тс, но получились дикие нагрузки порядка 1500 МПа, потому решил тупо добавить в расчёт четыре части балки необходимой массы, нагружать соответственно только силой тяжести. Все тела рассматривались как балки. Крайние точки главных двутавров жёстко закрепил. 
Провёл расчёт цельной балки, эпюры напряжений и перемещений ниже. Почему то Солид отказался отрисовывать профиль балок, потому диаграммы в виде сетки.

Затем смоделировал процесс разрезания балки путём изменения типа соединения между частями балки с «Жёсткого» на «Шарнир». Пробовал заменять на «Салазки», что вроде бы более логично, но нагрузки при «Шарнире» получались выше, потому решил так оставить. Эпюры также привёл ниже. После разрезания незначительно выросли нагрузки, что вроде бы логично ввиду изменения жёсткости самой балки.

Процесс демонтажа части балки моделировал исключением части балки из расчёта, ну это уже не так интересно. 
Результаты вроде выглядят адекватно, хотелось бы узнать, не упустил ли я что-то, или может это вообще чушь вышла и всё это глупая затея. До этого с металлоконструкциями не имел дела, балки впервые для себя открыл, да и комп не вытянет такую сборку из расчёта 3 элемента по толщине двутавра. И точность вроде как не должна измениться сильно. Наверное и логичнее балками считать в данном случае.
Ну и может кто подскажет следующие моменты:
1. Как для данной конструкции задать массу балки не через тело? Чувствую, что я туплю, и можно было сделать проще. Дистанционной массы, давления и прочих нагрузок как в твёрдых телах нет, получается просто пересчитывать силу тяжести в пересчёте на узлы?
2. Почему не вышло отрисовать профиль балок? До этого отрисовывало простые балки типа труб, с двутаврами хрень какая то началась.
3. Корректно ли смоделировано разрезание балки? Возможно стоило части балки вообще изолировать друг от друга, без контакта.
4. Есть ли смысл просчитать задачу твёрдыми телами?
И вообще, если у кого какие мысли возникли, буду рад выслушать. 

[karachun 2 038]

1. Силой.

3. Скорее всего да - если положить маленькие балки и прихватить их сваркой или болтами за нижнюю полку то это шарнир.

4. Нет.

Посчитайте маленькую балку по сопроммату, как шарнирно опертую с сосредоточенной силой по середине и сравните результаты. И еще разберитесь какие напряжения выводит солид: изгибные, срез или комбинацию. Повыводите по компонентам чтобы легче было сравнивать.

Если конструкция из балок то сам Бог велел балками и считать.

[Борман 2 375]

2 часа назад, stealth93 сказал:

подвешивается

20 тонн на пару двутавров, 10 тонн на один. Нужен расчет этого крепежа.

 

29 минут назад, karachun сказал:

3. Скорее всего да

Точно нет. Попробуйте одновременно разрезать полоску бумаги в трех местах. Пусть даже у вас будет бесконечное количество ножниц :)

 

PS.

А потом не возникнет задача по демонтажу двутавров ?

[karachun 2 038]

9 часов назад, Борман сказал:

Точно нет.

Почему? ТС задал сделал шарнирное примыкание маленькой балки к большой.

Я не о той балке думал - я думал это о степенях свободы маленьких балок. А так да - можно рассмотреть варианты когда балку разрезают по кусочкам. Но я не думаю что результаты сильно изменятся, но просчитать стоит.

@stealth93 А разрезаемая балка действительно выглядит как плоский лист или у нее другая форма?

[stealth93 3]

Разрезаемая балка не лист) просто масса получившегося листа вышла нужной мне массы. Cечение балки примерно 3х2 метра.
Пробовал резать балку по очерёдно, результаты почти одинаковые при любом порядке разрезания.

Короткую балку посчитал, между делом немного подучил сопромат с термехом, только сейчас открыл для себя, что обозначают «палочки» и «кружочки» в закреплении))) почему этого в универе не объясняли, ну либо я так слушал. Вручую – 136 МПа, солидом для сравнения – 138 МПа, погрешность из за неточности при построении профиля балки, допустимо. Эпюра из солида ниже.

Длинную балку тоже посчитал отдельно, по сути задачу можно было так и решить, просто посчитав две балки по отдельности. Но это неинтересно, да и мало ли)

В сборе выявил такую картину. Чем объяснить перепад нагрузок между короткими балками? Эпюра ниже.

Пока рассчитывал короткую балку, разбирался с закреплениями, нашёл кучу ошибок у себя, спасибо за подсказку о креплении коротких балок.

1.       Края длинных балок (двутавров) до этого фиксировал жёстко, это конструктивно практически нереализуемо, сечение балки огромное. С шарниром нагрузки выше, но это ближе к реальности мне кажется.

2.       Края коротких балок опять же фиксировал жёстко, это в принципе можно реализовать, но много геморроя при демонтаже коротких балок будет. Реальнее закрепить шарнирно, как указывалось – приварить нижнюю полку. Самое странное – при расчёте шарнирного крепления короткой балки, нагрузки стали ниже. Не могу объяснить почему.

3.       Ещё странная ситуация – если демонтируемая балка (центральная) закреплена шарнирно, то есть её края лежат по краям пропасти, нагрузки ещё выше, чем в случае, если её уже подвесили. Объяснить это не могу, но ситуация с опорой будет присутствовать в любом случае, и меня это вводит в ступор.

В итоге наилучший вариант такой – длинные двутавры жёстко зафиксировать, короткие двутавры – шарнирно. Реальный – оба случая шарнирного закрепления. Эпюра ниже, нагрузки выходят за допустимые, не айс. Если короткую балку можно заменить на более прочную, то с длинными это предел. Разве что количество балок увеличить.

П.С. Совсем страшный случай: длинные балки – шарнирно, короткие балки – жёстко, демонтируемая балка также на шарнирах и уже разрезана.

Теперь про крепёж. Есть проверенные в работе проушины, которые достаточно приварить в нужном месте. 15-18 тонн держат без проблем. Даже рым-болты на 10-20 тонн не экзотика. У коротких двутавров полка достаточного размера, чтобы выдумывать на ней всё, что угодно. Тросы не проблема. Ну это уже не моя задача.

Теперь задачка на комбинаторику) как демонтировать 20-ти тонным краном всю это конструкцию без остатка. Честно, я не вижу проблем, укажите, если что то упустил.
1. Собираем конструкцию вокруг демонтируемой балки.
2. Подвешиваем демонтируемую балку в воздух полностью, либо же выбираем свободный ход тросов, чтобы края всё ещё лежали, а конструкция уже приняла на себя вес.
3. Теперь два варианта. Первый вариант – режем на 4 части, потом подцепив краном два коротких двутавра и четверть балки всё это демонтируем в каком нибудь порядке, с краёв сначала например, или центральные, не думал ещё. Второй вариант – отрезали часть, сразу вынули, чередуем разрезание и демонтаж части. Нагрузка будет несимметрично распределяться при демонтаже, но думаю конструкции это уже не страшно.
4. Вес длинных балок около 12 тонн каждая, для крана их демонтаж не проблема.

 

Ну и, к сожалению, или, к счастью, похоже эта конструкция так и останется в моделях и расчётах. Слишком громоздко получается. Хотя и довольно бюджетно.

 

Изменено 4 октября 2019 пользователем stealth93

[Intento 357]

13 часа назад, stealth93 сказал:

Имеется балка длиной 38 метров массой 73,4 т, переброшенная через пропасть. Поставлена задача по демонтажу балки, в наличии кран грузоподъёмностью 20 тонн.

А если применить другую схему:

- монтируем к мосту вантовые подвески, закрепленные вторым концом в располагаемом на берегу №1 наклонном противовесе,

- отрезаем свободную от подвесок часть моста у берега №2,

- смещаем точки закрепления подвесок ближе к берегу №1, регулируем противовес и повторяем второй шаг.

Что-то типа такого

Скрытый текст

 

Найдется на месте нужное пространство для подобных манипуляций?

[stealth93 3]

2 минуты назад, Intento сказал:

А если применить другую схему...

Неплохая идея, можно прикинуть ради интереса, но что то мне подсказывает, что для этой массы противовес будет диким

[MotorManiac 130]

14 часа назад, stealth93 сказал:

И вообще, если у кого какие мысли возникли, буду рад выслушать. 

Вроде как можно симметрию посчитать 1/2 задачи, размерность меньше и вроде как пишут стабильнее решение.

[stealth93 3]

6 минут назад, MotorManiac сказал:

Вроде как можно симметрию посчитать 1/2 задачи, размерность меньше и вроде как пишут стабильнее решение.

Если твёрдыми телами считать - да, согласен. сейчас вся задача балками решается, пара секунд на расчёт, куда уж быстрее и стабильнее)

[MotorManiac 130]

38 минут назад, stealth93 сказал:

закреплена шарнирно, то есть её края лежат по краям пропасти, нагрузки ещё выше, чем в случае, если её уже подвесили

Я конечно не строитель ) но мне кажется вы не учитываете тот факт, что она (лютая балка над пропастью) уже имеет какой-то изначальный прогиб.

[stealth93 3]

16 минут назад, MotorManiac сказал:

Я конечно не строитель ) но мне кажется вы не учитываете тот факт, что она (лютая балка над пропастью) уже имеет какой-то изначальный прогиб.

да я и сам не строитель) прогиб присутствует, согласен. Причина прогиба - собственный вес. Потому в расчётной модели лютая балка присутствует как тело с заданной массой. Мне казалось, я учитываю изначальный прогиб именно заданием силы тяжести к телу. во всех расчётах в этой ветке по мимо сил присутствует сила тяжести.

конечно "лютая" как вы выразились балка у меня задана листом толщиной примерно 80мм, потому величина прогиба может быть неточной ввиду неверной жёсткости.

Изменено 4 октября 2019 пользователем stealth93

[AlexKaz 1 821]

IMHO, обычная сопроматовская балка на двух опорах с постоянной распределённой нагрузкой

За ссылку можете не благодарить https://www.google.com/search?q=балка+на+двух+опорах+с+постоянной+распределённой+нагрузкой&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjkzNfOpoLlAhWFp4sKHcnyCMEQ_AUIEigB&biw=2000&bih=986#imgrc=Va7heK6UuS2ibM:

А теперь сюрприз-сюрприз: что будет, если по мегабалке пойдёт трак массой 40 тонн?

[Raskat 1978 0]

А какие размеры у демонтируемой балки?
Сечение двутавр или это сварная решётчатая конструкция?

[stealth93 3]

12 минуты назад, AlexKaz сказал:

IMHO, обычная сопроматовская балка на двух опорах с постоянной распределённой нагрузкой

За ссылку можете не благодарить https://www.google.com/search?q=балка+на+двух+опорах+с+постоянной+распределённой+нагрузкой&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjkzNfOpoLlAhWFp4sKHcnyCMEQ_AUIEigB&biw=2000&bih=986#imgrc=Va7heK6UuS2ibM:

А теперь сюрприз-сюрприз: что будет, если по мегабалке пойдёт трак массой 40 тонн?

С шарнирно-опёртой балкой разобрались, спасибо)

а почему по балке должен пройти трак?) кран не планируется устанавливать на эти балки.

 

13 минуты назад, Raskat 1978 сказал:

А какие размеры у демонтируемой балки?
Сечение двутавр или это сварная решётчатая конструкция?

В теме вроде все размеры озвучил, разве что про конструкцию не говорил. Решётчатая сварная конструкция, примерно 38х2х3 метра. Масса 73 тонны

[AlexKaz 1 821]

3 часа назад, stealth93 сказал:

а почему по балке должен пройти трак?)

А, вкурил, задача демонтажа... Не заметил второпях. =)

Изменено 4 октября 2019 пользователем AlexKaz

[jtok 814]

В 03.10.2019 в 21:04, stealth93 сказал:

Через пропасть перекидываются два двутавра, на них поперёк укладываются двутавры меньшего сечения

Нижние двутавры на пролете 38м депланируют. Их надо ставить парой, коробочкой. Всего 4 двутавра.

Нагрузки будут меньше, чем вы прикидываете, распределяя полностью вес демонтируемой балки.

Рассмотрите такой вариант - у сущ.балки (фермы, моста) есть шарнирная опора и есть скользящая.

Подвешиваете у скользящей в одной точке и отрезаете, и так далее, как на рис.ниже:

Показать содержимое  

Hide  

Пояснения: Красная - демонт.балка, синяя - балки подмости.

 

При этом максимальный момент М будет меньше, чем если резать всю к-цию на 4 части и вешать сразу на синюю балку (момент М2).

Также он будет ближе к краю балки, что хорошо.

По мере демонтажа масса уменьшается и момент соотв. тоже.

 

На это дело нужен ППРк со всеми расчетами, схемами, загружениями и стоянками крана.

Есть куча народу, аттестованных в РТН, которые с удовольствием и под свою ответственность это выполнят.

[ДОБРЯК 602]

В 03.10.2019 в 21:04, stealth93 сказал:

Через пропасть перекидываются два двутавра, на них поперёк укладываются двутавры меньшего сечения, к ним подвешивается балка. Затем балка распиливается на 4 части и по частям демонтируется. Требуется определиться с параметрами двутавров.

двутавры меньшего сечения лежат на продольных двутаврах. Передать нужно только вертикальные усилия. Сечения продольных двутавров депланировать не будут.

Подвешивать балку желательно не за одну точку. 

Можете схематично нарисовать как в реальности будет подвешена балка? 

Изменено 5 октября 2019 пользователем ДОБРЯК

[stealth93 3]

В 05.10.2019 в 00:52, jtok сказал:

Нижние двутавры на пролете 38м депланируют. Их надо ставить парой, коробочкой. Всего 4 двутавра.

Нагрузки будут меньше, чем вы прикидываете, распределяя полностью вес демонтируемой балки.

Рассмотрите такой вариант - у сущ.балки (фермы, моста) есть шарнирная опора и есть скользящая.

Подвешиваете у скользящей в одной точке и отрезаете, и так далее, как на рис.ниже:

Показать содержимое

Hide

Пояснения: Красная - демонт.балка, синяя - балки подмости.

 

При этом максимальный момент М будет меньше, чем если резать всю к-цию на 4 части и вешать сразу на синюю балку (момент М2).

Также он будет ближе к краю балки, что хорошо.

По мере демонтажа масса уменьшается и момент соотв. тоже.

 

На это дело нужен ППРк со всеми расчетами, схемами, загружениями и стоянками крана.

Есть куча народу, аттестованных в РТН, которые с удовольствием и под свою ответственность это выполнят.

К 4 двутаврам просто исходя из недостаточной прочности уже пришёл. Про один подвес - выходит короткие двутавры заведомо большего сечения надо брать, чтобы один подвес выдержал вес 3/4 демонтируемой балки. Не лучше ли распределить на большее количество? По хорошему надо прикинуть просто.

ППРк разумеется будет, это так, проверка идей. Опять же повторюсь - идея скорее всего останется идеей ввиду громоздкости.

 

В 05.10.2019 в 13:53, ДОБРЯК сказал:

двутавры меньшего сечения лежат на продольных двутаврах. Передать нужно только вертикальные усилия. Сечения продольных двутавров депланировать не будут.

Подвешивать балку желательно не за одну точку. 

Можете схематично нарисовать как в реальности будет подвешена балка? 

Планировалось по 2 точки на каждый поперечный двутавр. Каким образом - не думал об этом, так как посчитал это второстепенной задачей)

[ДОБРЯК 602]

38 минут назад, stealth93 сказал:

Планировалось по 2 точки на каждый поперечный двутавр. Каким образом - не думал об этом, так как посчитал это второстепенной задачей)

Тогда и моделировать нужно через 2 точки. )